JPH03500400A - 押出物の連続成形のための方法および装置に関する改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、普通はランダムに配向している構成要素が押出物の強度、二次成形適 性その他の有用な性質な高めるべく整列その他規則的に配列し５る。押出しによ る製品の連続成形に関する。本発明は、プラスチック系基材、たとえばポリプロ ピレンまたはナイロン、および繊維性充填材、たとえばガラスもしくは炭素線維 または粒状の有機もしくは無機充填材、たとえばプレートリフトの形のセラミッ ク粒子よりなる複合材料からの押出物の成形に適用される。この種の複合材料は 本発明者らによる英国特許Ｂ−２０８５４６１号明細書に記載されている。しか し本発明は、その分子構造その他の構造が有用な物理的配向を生とえば本発明は 、効果的に配向しうる熱可塑性半結晶質ポリマー材料、たとえばホモ−またはコ ポリオレフィンからの製品の製造に適用される。本発明は１通常の押出法、たと えば溶融物がダイ内で分断され１次いで放出前に再混和されなければならｔ除く ためにも適用される。

成形品内の繊維その他の成分の有用な整列を達成するだめの方法および装置が既 に、たとえば本発明者らの英国特許Ａ　−２１７０１４２号明細質中に提示され ているが、押出しによる連続成形法は、密閉式屋内でのワン−オフ（ｏｎｅ−ｏ ｆｆ　）　ｋ品の成形に際しては対処する必要のない問題？提起する。もちろん これらの問題には製品の連続的な移動およびそれが移動するのに伴うその状態の 変化が含まれる。

本発明は請求の範囲の記載により定められ、その内容は本明細嘗の記載に包含さ れるものと解重べきである。本発明をここでたとえば添付の略図？参照しながら 説明する。ここで：第１図は押出しが進行するのに伴う押出しダイの第１および 第２部品の縦断面略図である。

第２図は第１図の１ｎ−ｕにおける断面図である；第６図は第１図の線ｍ−ｍに おける断面図である；第４図は第１図の線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である；第 ５図は他の押出しダイの縦断面略図である；第６図はチューブを押出丁ためのダ イの同様な断面図である；第７〜１１図は第６図のダイの横断面模式図であり、 このダイの操作順序を示す；そして 第１２〜１５図はさらに他の断面形状をもつ製品の押出しを示す横断面模式図で ある：そして 第１６図はさらに他の押出しダイの横断面模式図である。

整タルだガラス繊維を充填したポリプロピレンかうなる複合製品は、ポリプロピ レングラニユールおよび繊維の混合物からなる供給材料１？ホツパー２から押出 しスクリ島−６へ連続的に供給することにより成形される。スクリューはポリプ ロピレンｉ可塑化し、得られた溶融物に繊維を均一に、ただしランダム配向状態 で混入し、２部品、４および５．のダイを通して溶融物を押出すのに必要な頭部 圧力を付与する。第１のダイ部品４においては溶融物の断面形状が変化し１部品 ４０入口末端のスクリューハウジングの円形１径から、出口末端７の偏広く。

ただし細い長方形に縮少されろ。

第２部品５の千ヤピティは、その長さ全体を通して第１部品４の出口と同一の断 面をもつ。冷却ダク）８ａおよび８ｂ−これを通って冷却液が制御温度源９およ び排水槽１０間を流れる−がダイ部品５の構造内に、押出し軸１１に平行にかつ 長方形の断面の長い方の側面を定めろダイ表面１２に近接して走行する状態で埋 込まれろ。実際には、ダク）８Ｌおよび８ｂは供給源９と排水槽１０の間に直列 にではなく並列ＶＣ配置されろことが重要であると思われ、これによってそれら は押出物に均等かつ均一な冷却効果を及ぼす。直列配置は供給源９の方により大 きな冷却効果を及ぼさせる傾向をもち、従って不均斉な冷却効果を促進する。断 面の対向する短い方の側面を定めろダイ’？ヤビティ嵌面１３に添って、共通の 電源１５に接続した電気加熱素子１４が、差込みプラグ１６と交互に配置されろ 。プラグはそれぞれ円筒形の内腔１７を備えた状態で形成され、内腔は部品５の キャビティ１８内へ直接に開い℃いろ。第１図はこのようなプラグ１６が４個１ 部品５の一方の面１３に活って軸方向に順次配置され１反対側の面に同様にさら に４個が配置され。

全体として８個になったもの？示す。操作機Ｉｆ！！２８〜３５により制御され たピストン２０〜２７が内腔１７内で往復運動すべく取付けられ、制御手段３６ が機１１２８〜３５の操作を制御および調整する。最後のプラグ１６および加熱 菓子１４の下方において、ダイ部品５の構造内にキャビティ１８の短い万の２表 面１６に近接して冷却ダクト３７が形成され、最終押出物はキャピテイ１８の開 放端３８から連続的に排出されろ。

押出物がスクリ＋、−３によりて部品５の長手方向へ連続的に駆出されるのに伴 って、これに対するダクト８による長い方のキャビテイ面の冷却と、菓子１４に よる短い方のモヤビティ面の加熱の組合わせ効果は、その軸の位置に関して実質 的に一定の°■”字形界面４０が、なお液状の溶融物である押出物の部分Ｃ４１ 〕と固化した部分Ｃ４２〕との間に形成されるものである。この°Ｖ”字形界面 は実質的に部品５の側面間の幅全俸に及ぶが、加熱菓子１４によって確実に押出 物が表面１３の近接部位では溶融状態に保たれ、従って内腔１７の口は溶融押出 物に直面し、これが内腔自体の内部へも達する。調整手段３６が操作機構２８〜 ３５を制御して、ダイキャピテイ１８の一方側のピストン（２０〜２３〕のうち 少なくとも１個が前進するのに伴って他方側のピストン【２３〜２７〕のうち１ 個が後退子へ＜ヒストン２〇二２７の往復運動を同期化させる。一般に調整手段 は８個のピストン全部が同時に動き、ピストン２０〜２３が前進するのに伴って ピストン２４〜２７が後退し、またその逆が行われるように機構２８〜３５を制 御子べく作動するであろう。このような同期化された運動の効果は、押出物素材 をキャビティ１８の幅において左右に置換（ｃｌｉｓｐｌａｃｉｎｇ）させるこ とにより押出物の基本的には軸方向の運動に横方向の運動を付与することである 。これらの素材はいずれももちろん整列しうる要素を保有し℃おり、これらの横 方向に運動する要素が界面４０付近を通過すると、生じる剪断刃がまずそれらを 液状溶融物４１内でそれらが移動している方向に整列させ１次いでそれらが界面 ４０を通過するのに伯ってそれらをこの整列状態で、固化した部分４２内に固定 する。番号１ａはガラス繊維が供給材料１内で、これがピストン２０〜２７０作 用を受ける上流のダイな貫流する際に一般に縦方向に整列した状態を示し。

番号１ｂはこれらの繊維がこの作用を受けたのち固体４２内でより横方向に整列 した状態？示す。

ピストン２０〜２３の運動が同期化され、かつピストン２４〜２７の運動が逆相 に同期化される調整手段６６による単純な制御形態の操作＠構２８〜６５につき 述べたが２異なるパターンの要素整列を促進するための他の操作様式のピストン もちろん可能である。たとえばピストン２０と２２が前進し、その間に２５と２ ７が後退し、そしてその逆が行われるべくピストン２０．２２．２５および２７ のみが作動すると、押出物素材がキャピテイ１８の幅を左右に移動するのに伴っ て置換される素材の運動方向は横寸法自体に泊ったもので１ゴなくむしろ横寸法 に対し傾斜し、従ってこれらの要素が前記の剪断および固定プロセスを受けると 固体４２内での要素の異なる整列が促進される。

以上に記載した装置のみに関しては、ピストン２０〜２７が運動するのに伴って 生じろ、溶融した押出物に与えられる刀は、内部の要素の横方向の整列？促進す るのみではないという危険性がある。溶融した押出物は固体４２の後側に内包さ れるので。

ピストン２０〜２７により押出物に与えられる力はこれを後方のスクリュー乙の 方向へ押しやる効果？も若干有する可能性がある。これはあらゆる点において明 らかに望ましくなく、特にこれは押出し軸１１に対し直角方向の好ましい真っす ぐな整列ではなく、溶融した押出物内の要素の彎曲した横方向整列Ｃ第１図にお いて５０１Ｃ模式的に示す〕を促進する傾向があるため望ましくない。このよう な傾向に対処するために１部品４の出口末端７の領域においてスクリュー３とダ イヤキャピテイ１８の間に逆止め弁５１を取付げることができろ。

第５図に示す形態においては、押出しスクリ：Ｌ−３に近接した２個のピストン ２０および２４の相関する運動が上記の別個の逆止め弁５１と同じ機能？満た丁 。第５図において押出しスクリュー３は２本の通路５５．５６の一方によりダイ 部品４を通りて溶融物を押出子。これらの通路は入口５７および５８によって、 ピストン２０および２４が往復運動する内腔１７内へ直接に入る。内腔１７は前 記のように第２ダイ部品５のキャビティ内へ直接に開く。ピストン２０．２４の 運動がそれらが逆相で運動すべく相関しているならば、それらのうち一方が完全 に後退している場合にのみ（第５図のピストン２４のように〕。

キャビティ１８はスクリュー６と連絡し、従りでより多量の溶融物の進入が可能 となるであろう。他の時点子ぺてにおいて入口５７および５８はそれらの各ピス トン２０および２４によって閉じられ、従ってキャビティ内の溶融物を他の場合 には往復ピストン２０〜２２．２４〜２６によってこれに及ぼされる刀に自由に 応答させる逆流が防止される。実際には入口５７　、５８のいずれか一方の開放 が、すべてのピストンに及ぼされろ力の緩和と一致すべく配慮され、従ってその 時点では逆流の傾向は無く、スクリ、−３からさらに溶融物が進入するのに対す る抵抗が最小である。番号４０はこの節の用法に見られる溶融物／面内界面の線 をごく大まかに示す。

第６図は以上の図の装置により押出される中実ストリップの代わりに中空チュー ブの押出しに用いろためのものである。第５図に示す、Ｊ：うに、スクリ、−３ により押出された溶融物１言流路５５．５６ＶＣより入口５７．５８を通って対 向するピストン２０．２４の内腔中へ進入する。この場合、ダイの第２部品５は 外側セクション６０およびＦＥ３側コアー６１からなる複合構造物である。ピス ト／２４および２０の内腔１７が双方とも進入する管状のダイキャビティ７８ａ がセクタ３ン６０と６１の間に定められる。前記のように１番号４０１言液状溶 融物４１と同表６５に冷却効果を与える。これは第１図のダクト３７により与え られる効果に相当する。押出物の自我６６は、冷却源９゜槽１０．流路６７、お よびコア６１の下流末端に配置され、コアー末端キャップ６９によりシールされ たチャンバー６８を含むシステムにより冷却される。

第７〜１１図の部分図は、第５図に示すピストン２０および２４がピストン７０ ．７１をも含む４個のピストンの一組に属することを示す。ピストン２０および ２４と異なり、ピストン７０．７１の内腔４７はこれらを押出しスクリュー３に 連結する入口を備えていない。第７〜１０図は押出物の各横断面において、整合 しうる繊維その他の要素なチューブの円周の囲りに均一に分布させ、これと同時 にこれらの要素をチューブの周囲ＩＣ平行な方向１ｃ整列させるのを促進するた めのピストン２４゜２０．７０および７１の一連の操作を示す。ピストンの位置 および運動を記述する際に、１内“および°内＠１はチューブ軸へ向かう方向、 ＠外”および０外側″は軸から離れる方向を示すＯ 第７図においてピストン７０および７１はそれぞれストロークの外側および内側 末端にあり、静止している。しかしピストン２４および２０はそれぞれストロー クの内側および外側末端へ移動している。従ってこれらの動きは溶融物中の繊維 その他の要素を４個のピストンが含まれる管の横断面内において、２本の破線７ ２および７３に従って整列させる傾向を示す。ピストｙ２４および２０がそれら の運動の終末点に違すると、入口５７が開放され、従って溶融物がスクリュー３ がらキャビティ１８２Ｌへさらに装填されろ。ピストン７０および７１が静止し ており、ピストン２０および２４が次いで逆方向に移動する際には、線７２およ び７６の繊維の運動は逆転するであろう。この単純な反転が次いで反復されると 、要素の円周整列が明らかに達成されるが、７４および７５に対応する地点では 押出されたチューブの円周に明らかな弱点を伴う。これに対処するために、呵７ 図の動作に次いで第８図の動作が行われる。ここではピストン２４は静止し、ピ ストン２０は入口５７を覆う距離だけ内側へ移動し、そこで停止し、ピストン７ ０および７１はそれぞれそれらのストロークの内側および外側末端へ移動する。

要素はこの時点では線８０および８丁に整列する傾向な示し。

そして８２および８３が潜在的な弱点となる。第９図に示すようにこのシーケン スの工程３ではピストン７０．７１は動かず。

ピストン２０．２４はそれぞれ内側および外側へ移動し、ピストン２４はそのス トロークの終末点において入口５８１ｉ１′開放する。酌紀要素はこの時点では 線８４および８５に整列する傾向を示し、７４および７５が再び潜在的な弱点と なる。第１０図に示すようにこのシーケンスの匡４かつ最終の工程においては。

ピストン２０は動かず、ピストン２４は入口５８を覆う距離だけ同側へ移動し、 ピストン７０．７１はそれぞれ外側および同側へ移動し、従って繊維は線９０． ９１１Ｃ整列し、８２および８３が再び弱点となる。この全シーケンスが意図す る効果は。

すべてのピストンの運動に際して前記要素の円形整列が促進され、ただし溶融物 の円周に連続的に弱点をシフトさせるものであり、その結果最終の固体チューブ において連続した軸方向の弱点が生じないという効果が得られろ。第１０図に示 す第４工程ののち、ピストン運動のシーケンスが再び第７図から始まって反復さ れる。

第１１図はさらに、このジ−タンスに付加される可能性のある。または第７〜１ ０図のシーケンスをあらかじめ定められた程を示す。Ｉ！１１図におい℃はピス トン２０．２４および７１は第１０図に示す位置にあるが、ピスト／７０はその ストロークの内側末端【７０ａに示す〕へ移動する。入口５７および５８が双方 とも閉じた状態で、このピストン７０の運動は溶融物圧力を上昇させる効果なも ち、この圧力上昇は固化した部分の押出物４２をキャビティ１８ａから排出させ る目的で利用される。従ってピストンの１つにより生じる刀−その主目的は要素 の整列であるーはこの場合、最終チューブをダイから排出させろために用いられ る。ダイに溶融物を供給するだけでなく溶融物および押出物にすべて転方向の運 動をも付与するために押出しスクリュー乙に依存するのではなく、ピストンをこ の目的で用いること１丁、押出し機スクリュー＠構の寸法および動力を縮小しう ろ可能性な開く。

もちろん、たとえば第６図の９２１Ｃ模式的に示されるよ５１Ｃ通常の引取り機 構を利用して最終チューブなダイから取出すかまたはそれに関与させることも本 発明の範囲に包含される。

第１２図は中空の三角形断面？もつ製品の成形における一工程を示し、かつ一連 の６個のピストン９５〜１００を概略的に示す。その逐次操作は繊維その他の要 素がすべて三角形断面の輪乳に平行な方向に整列し、断面の頂点または側面の中 間点のいずれにおいても連続した直線状の軸方向弱点をもたない製品を与えるべ く計算される。ピストン９５〜１００のこのような可能性のある逐次操作は＝９ ６内、１００外；９６外、９８内；９８外、１００内；９５内、９９外；９５外 、９７内；９７外、９９内、である。第１３図および１４図はそれぞれ角形断面 およびＶ字形断ｍｖもり製品についての同様な図であり、第１５図は丁字形断面 をもつ製品の成形についての同様な図である。第１５図の製品の成形に際して、 製品内に連続した線状の軸方向弱点な避けるべく計算されたピストン１０１〜１ ０３の可能な逐次操作は；１０１内、１０３外；１０３内、１０２外；１０２内 、１０１外であろう。

第１６図は本発明？一般に既知の種類のチューブ押出し法に適用することを示す 。第１６図において、スクリュー６は液状溶融物４１を第１ダイ部品４を通りて 第２の円筒形ダイ部品５へ押出丁のに必要な頭部圧力を供給する一部品５の内壁 １１０からはその円周に一定の角度間隔で配置された細い脚１１２によりマンド レル１１１が支えられている。番号１１３はＭ　１２を通過した直後の、マンド レル１１１と部品５の内壁１１０との間の環状クリアランス内にある。なお溶融 状態のチューブ状押出物を示す。押出物はこの環状クリアランスＩｃ　沿って駆 動され続けるのに伴って冷却し、そしてそれが可塑性でなくなり固体となる地点 に達する二番号４０は前記のように固＃、／可塑体の界面を示す。界面４０の下 流におい℃、ダイから既知の方法で取出しうろ状態の固体製品は前記のように番 号４２で示される。製品の冷却は冷却ダクトまたは流路により促進され、これら は第１６図に示されていないが、前記各図の項目３ａ、８ｂおよび３７と同様で あってよい。溶融物中の繊維その他の成分の配向は前記各図の場合と同様に内腔 １７−それらの口はダイの自我１１０内に配置される一内でのピストン（それら のうち２０．２４’／示す〕の同期化した操作により促進される。これらのピス トンの操作は前記のように、チューブ状のなお溶融状態の製品（１１３）内の繊 維その他の成分を横方向にある程度整列させる有用な効果？示し、これによりそ の整列は最終的に界面４０において固体製品（４２〕内に“固定”される。しか し本発明のこの形態におい℃、ピストンの作用は他の場合に可次いで再結合され ろことにより生ずる可能性のある繊維その他の成分の望ましくない配向を打ち破 るという付加的かつ有用な効果をもつ。この本発明の利用がない場合、最終製品 ４２はその円周の周りに脚１１２の間隔に対応する間隔で線状の軸方向弱点を示 すと予想される。

本発明方法により横方向に整列した繊維その他の要素？含む押出物の主な利点は 、これが横方向にいっそう強固であり、横軸の周りの二次成形適性がより大きい こと、すなわち曲げや丁いことであろう。たとえばｉｉ、ｉｉおよび１５のスト リップのように明瞭な縁をもつ製品の場合、縁は加熱素子全＃−を通過するまで 固化し得ないという事実により生じる縁の欠陥はエツジトリミングｌＣよって、 または打抜き品の場合は打抜き製品の欠陥の無い中央領域に限定することによっ て容易に避けられる。

本発明方法を適用しうろ他の複合材料には、他の繊維強化−熱可塑性樹脂、熱硬 化性材料、繊維強化−粒子充填一熱可豫性樹脂が含まれ、後者のカテゴリーには 特に高分子量結合剤により処理されたセラミックマトリックスおよび金属マトリ ックス組成物が包含される。他の均質材料には非晶質熱可塑性樹脂。

たとえばポリカーボネート、液晶ポリマー、ならびに半結晶質熱可塑性樹脂、た とえばポリエチレンおよびポリプロピレンが含まれろ。

Ｉ際調査報告 一内ｗｍ−書＾−雪−−ζ１啼麺−−ＩＩ−ｐｃ二ｒ／ＧＢ９０１０００２５国 際調査報告

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. １．整列その他規則的に配向しやすい成分（１ａ）を含有する材料（１）からの 押出物の連続成形法において、材料を横断面の変化を伴って第１ダイ部品（４） から押出し； こうして得られた押出物を長さ方向に第２ダイ部品（５）を通って移動させ、そ の除押出物の横断面は限定されるが、実質的な変化を受けず； 第２ダイ部品内にある間に押出物の固化を促進し；押出物を脈動置換させ（２０ 〜２７による）、これらの置換は押出し軸（１１）に対して横方向の成分を含み 、かつ材料の運動と、勇断作用の作動により生じる上記成分の配向（１ｂ）との 同様な方向を含み； 押出物を内部にこのように配向した成分を含む状態で固化させ（４０において） 、そして 押出物を固化後に第２ダイ部品から取出すことよりなる方法。
2. ２．置換が、第２部品のキャビティとその横断面の周縁の離れた各領域において 連絡する少なくとも２個の置換手段の相関する運動により設定される、請求の範 囲第１項に記載の方法。
3. ３．置換手段の運動は、これらの手段の１つが横断面の１領域内で前進するのに 伴ってこれらの手段の他のもりがその周縁の離れに領域内で後退すべく同期化さ れている、請求の範囲第２項に記載の方法。
4. ４．置換手段が第２ダイ部品のキャビティの壁面から始まるチャンパー内で作動 する、請求の範囲第２項に記載の方法。
5. ５．上記に従って配向した成分を内部に含む押出物の固化が、第２ダイ部品内の 冷却ダクトを貫流する冷媒を用いて押出物の表面に積極的冷却を施すことにより 促進される、請求の範囲第１項に記載の方法。
6. ６．置換手段に近接して通過する部分の押出物表面の固化が、残りの押出物表面 の固化と比べて遅延される、請求の範囲第２項に記載の方法。
7. ７．置換手段に近接して通過する部分の押出物表面に加熱が施される、請求の範 囲第６項に記載の方法。
8. ８．材料を第１ダイ部品へ逆流させる置換を防ぐために、材料が脈動置換を受け る前に逆止め弁を通過する、請求の範囲第２項に記載の方法。
9. ９．少なくとも１個のピストンが逆止め弁としても作用下る、請求の範囲第８項 および第２項に記載の方法。
10. １０．押出物が横断面で見た場合中空であり、かつ成分の配向が横断面の周縁に 実質的に平行な方向である、請求の範囲第２項に記載の方法。
11. １１．押出物が横断面で見た場合多角形の形状を有する、請求の範囲第１０項に 記載の方法。
12. １２．押出物が横断面で見た場合円形または他の湾曲した形状を有する、請求の 範囲第１０項に記載の方法。
13. １３．積極的な冷却が中空押出物の外表および内表の双方に施される、請求の範 囲第１０項に記載の方法。
14. １４．置換が少なくとも３か所の離れた周縁領域に配置された置換手段のあらか じめ定められた運動により施され、かつあらかじめ定められた運動のパターンが 周縁における均等かつ均一な配向を促進すべく反復変化する、請求の範囲第１０ 項に記載の方法。
15. １５．運動している置換手段により及ぼされる刀が成分の配向のみでなく、押出 物を固化後に第２ダイ部品から取出すためにも寄与する、請求の範囲第２項に記 載の方法。
16. １６．押出物がＴ字形の横断面である、請求の範囲第１項に記載の方法。
17. １７．押出物がＶ字形の横断面である、請求の範囲第１項に記載の方法。
18. １８．置換手段が第２ダイ部品のキャビティと連絡する円筒内で作動下るピスト ンである、請求の範囲第２項に記載の方法。
19. １９．押出物が長い長方形の横断面形状を有し、かつ置換手段が長方形断面の短 い側に面している、請求の範囲第２項に記載の方法。
20. ２０．ブラステック基材および配列しうる繊維または他の長い粒子の形の充填材 、たとえばガラス繊維よりなる複合材料から押出物を連続成形するための、請求 の範囲第１項に記載の方法。
21. ２１．分子質その他の構造成分が有用な物理的配列を生じうる均質な材料から押 出物を連続的に成形するための、請求の範囲第１項に記載の方法。
22. ２２．第２部品内で押出物の内部に固体／溶融物界面が形成され、押出物がその 界面付近で脈動置換を受ける、請求の範囲第１項に記載の方法。
23. ２３．押出物がダイを貫流する間に障害物を避けるために分断され、次いで再結 合され、かつ剪断作用の作動により得られる成分配向が他の場合には上記の分断 および再結合により生じる望ましくない成分配向を除去する効果を有する、請求 の範囲第１項に記載の方法。
24. ２４．請求の範囲第１項ないし第２３項のいずれかの記載により押出物を連続成 形する方法を実施するための装置。